高含硫天然气脱硫工艺方案选择及模拟评价.pdf

第 3 6 卷第 1 2 期 2 0 0 7年 1 2月 化工技术与开发 Te c h n o l o g y De v e l o p me n t o f Ch e mi c a l I n d u s t r y Vlo 1 ． 3 6 No． 1 2 De c． 2 00 7 高含硫天然气脱硫工艺方案选择及模拟评价 龙增兵 ， 刘瑾 ， 吴熹2 1 ． 西南石油大学 ， 四川 成都6 1 0 5 0 0 ； 2 ．四川盛马化工股份有限公司， 四川 大英6 2 9 3 0 0 摘要 针对普光气田高含硫高含 O 的气质情况， 借鉴国外较为成熟的脱硫工艺流程， 提出 S N P A - D E A溶 液高压吸收法和 M D E A选择脱硫． D E A脱硫脱碳法2 套天然气脱硫工艺方案。在确定胺液循环量以及各节点参数 后， 采用化工流程模拟软件 P R0Ⅱ对 2套脱硫装置分别进行模拟计算， 通过模拟计算结果分析， 最终确定 MD E A 选择脱硫一 D E A脱硫脱碳工艺流程作为普光气田天然气脱硫装置。同时对该流程装置进行介绍， 并提出改进意见。 关键词 高含硫天然气 ； 普光气田； 脱硫 ； 模拟； 工艺方案； 评价 中图分类号 T E 6 4 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 9 9 0 5 2 0 0 7 1 2 ． 0 0 2 8 0 5 我国高硫天然气主要分布在渤海湾盆地和四川 盆地， 在四川盆地目 前已经勘探和开发近 1 0 个高含 硫天然气气田⋯ 1， 详细统计结果见表 1 。其中普光 气田发现于 2 0 0 3年， 至 2 0 0 5年底累计探明储量 2 5 1 0． 71 0 8 m3 ，是迄今为止中国南方已发现气 田 中储量规模最大、 埋藏最深、 资源丰度最高的特大型 整装海相气 田。其 中在四川宣汉境内的气 田 H 2 S 含量为 1 5 ． 1 6 ％， c o 2 含量为 8 ． 6 4 ％， 属手高含硫高 c o 2 气田[ 。以后不仅需要在开采技术上进行大量 研究工作， 而且在天然气净化方面同样也需要进行 科技攻关。 表 1 四川盆地高含硫气井及含量 气田 储集层系 井号 气田 储集层系 井号 量 中坝 雷口坡组 中 7 1 3 ． 3 2 0 4 ． 6 0 7 高峰场 飞仙关组 峰 4 7 ． 0 7 1 0 1 ． 8 卧龙河嘉陵江组嘉五 卧 9 1 7 ． 9 8 2 7 6 ． 7 1 2 罗家寨 飞仙关组 罗家 1 1 0 ． 4 9 1 5 0 ． 0 1 嘉陵江组嘉四 卧6 3 3 1 ． 9 5 4 9 1 ． 4 9 罗家 2 8 ． 7 7 1 2 5 ． 5 3 嘉陵江组嘉二 卧 2 4 6 ． 9 9 1 0 7 ． 6 1 罗家 4 7 ． 1 3 1 0 2 ． 0 7 渡口河 飞仙关组 渡 1 1 6 ． 2 1 2 3 1 ． 9 3 罗家 5 1 3 ． 7 4 1 9 6 ． 5 7 渡 2 1 6 ． 2 4 2 3 2 ． 3 1 罗家 6 8 ． 2 8 1 1 8 ． 5 2 渡 3 1 7 ． 0 6 2 4 4 ． 0 5 罗家 7 8 ． 3 0 1 1 9 ． 0 2 铁山坡 飞仙关组 坡 1 1 4 ． 1 9 2 0 3 ． 4 8 罗家 9 1 2 ． 9 3 1 8 4 ． 9 8 坡 2 1 4 ． 5 1 2 0 8 ． 0 7 普光 飞仙关组 普光 1 1 2 ． 6 8 1 8 1 ． 4 0 坡 4 1 4 ． 2 0 2 0 3 ． 2 7 普光 2 1 6 ． 8 9 2 4 1 ． 6 3 龙门 飞仙关组 东 5 5 1 7 ． 4 1 2 4 9 ． 6 6 东 5 6 8 ． 5 2 1 2 0 ． 9 2 作者简介 龙增兵 1 9 8 2 ． ， 男 ， 汉族， 四川德阳人 ， 硕士在读； 从事天然气加工与处理研究， 电话 1 3 8 8 0 7 4 5 8 9 3 收稿 日期 2 0 0 7 0 6 ． 1 1 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 2 期 龙增兵等 高含硫天然气脱硫工艺方案选择及模拟评价 2 9 国外对高含硫气 田的开发 已有几十年的经验 ， 天然气净化技术也有长足 的发展 ， 而我 国在此方 面 的技术尚处于探索研究阶段。在四川仅有罗家寨净 化厂将于 2 0 0 7 年年底建成第一个高含硫天然气处 理装置。本文针对 目前普光气 田的天然气净化脱硫 单元工艺进行方案选择及评价分析。 1 工艺流程设计 1 ． 1 设计条件 普光气田天然气组成 四川宣汉境内 如表 2 所 示， 单套处理装置设定为 3 0 0 1 0 N m 3 d ～， 天然 气进 口压力设定为 6 ． 5 MP a ， 温度设定为 2 5℃。 表 2 普 光气 田天然气组成 ／ v ％ 1 ． 2 装置工艺流程方案选择 高含硫高 c o e天然气净化处理装置具有产品 率低、 单位能耗高、 酸性介质腐蚀性极高、 危险等级 高等特点， 故采用安全、 先进、 经济合理、 成熟可靠的 处理工艺技术在实际生产中尤其重要。就目前国外 对于高含硫天然气脱硫单元的工艺技术来看， 处理 高含硫高 c o e原料气的净化工艺 主要有以下 2 种[ 4 I 。 1 ． 2 ． 1 S NP A - D E A溶液高压 吸收法脱硫工艺 由于 D E A溶液属 于仲醇胺 ， 对 于 H2 S和 C Oe 没有选择性， 在高压塔能同时吸收 H 2 S和C O e ， 使其 能够在满足净化要求的同时， 也能达到商品气的燃 值要求。并且 S N P A - D E A溶液法相对 D E A溶液 法， 能够采用较高的D E A浓度， 较大幅度地提高了 酸气负荷， 但由于酸气中 c o e 含量过高， 影响酸气 硫磺 回收率。脱硫单元工艺流程如图 1 所示。 1 ． 2 ． 2 MD E A选择脱硫 D E A脱硫脱碳工艺 此工艺中MD E A溶液和 D E A溶液不相混合， 前者进行选择性脱硫， 后者进行非选择性脱碳， 这样 使大部分的c o e 不进入硫磺 回收单元， 同时也不进 入净化气中， 使得进入硫磺回收单元的酸气 中的 H 2 S 浓度显著提高， 从而提高了硫磺回收装置的回 收率， 同时也达到了商品天然气较高的燃值要求， 但 此工艺较其它工艺在投资费用上要高。脱硫单元工 艺流程如图 2所示 。 闪蒸罐 图l S NP A - D E A溶液高压吸收法脱硫工艺流程简易图 图2 MD E A选择脱硫一 D E A脱硫脱碳工艺流程简易图 1 ． 3 工艺流程模拟计算和方案确定 本文采用化工流程模拟软件 P R OⅡ 对以上 2 个流程进行模拟计算， S N P A - D E A溶液高压吸收法 脱硫模拟流程图如图 3 所示， MD E A选择脱硫 D E A 脱硫脱碳工艺模拟流程图如图 4 所示。在模拟流程 中， 计算器和物流计算器在模拟计算时分别计算流 程 中需加入 的新 鲜水 的量和需加入新鲜 MD E A或 D E A的量。在 MD E A选择脱硫 D E A脱硫脱碳工 艺模拟中， 用 MD E A吸收塔和 D E A吸收塔来代替 实际工艺流程中的 MD E A吸收段和 D E A吸收段高 压吸收塔 ， 原料气组成情况以 1 ． 1 节给出的为准。 通过以上流程模拟计算， 拟出主要参数 见表 3 进行 比较分析。 ． g圜豳曝豳 网 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 化工技术与 发 第 3 6 卷 图3 S N P A - D E A溶液高压吸收法脱硫工艺模拟流程图 图 4 MD E A选择脱硫． D E A脱硫脱碳工艺模拟流程图 表 3 2 种方案模拟的主要参数对比 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 2期 龙增兵等 高含硫天然气脱硫工艺方案选择及模拟评价 3 1 从表 3中看 出， 2种工艺在设定操作条件 以及 设定胺液循环量下 ， 都能使净化气 中的 H2 S含量降 低到 6 n a g mI 3 以下 ， 到达国家一类标准。 在 MDE A选择脱硫一 D E A脱硫脱碳工艺 中， 酸 气的 H 2 S含量为 7 9 ． 4 ％， 而 S NP A - DE A溶液高 压 吸收法中酸气的 H 2 S含量为 5 7 ． 9 ％。由于在硫磺 回收单元 ， 酸气 中的 c c h起稀释作用 ， 并且也会 和 H 2 S在反应炉内反应而生成 C OS 、 c s 2 ， 这都将降低 硫磺回收率， 而导致硫磺 回收装置及尾气处理装置 负荷加大[ 引， 从而使投资费和操作费增加 。 按照我国天然气国家标准 G B 1 7 8 2 0 1 9 9 9 ， 商 品天然气 的燃值须达到 3 1 ． 4 1 MJ m～ ， 也 即在商 品天然气 中 c c h的含量小于 3 ％。从上面数据可以 看出， 2种工艺都 能达到要求 ， 但在 S NP A - DE A溶 液高压吸收法工艺中由于 DE A溶液对 H2 S和 c c h 无选择性， 使净化气中的 c c h含量大大减少， 使商 品气的输出量相应降低， 从经济上考虑不合算， 并且 后者能够通过 2种胺液循环量的比值来调节 c c h 在商品天然气 中的含量 。综合 以上考虑 ， 作者认为 在处理普光气田天然气采用 MD E A选择脱硫一 D E A 脱硫脱碳工艺较为可行。 2 MD E A选择脱硫一 D E A脱硫脱碳工 艺流程模拟计算结果 2 ． 1 MDE A选 择脱硫． D E A脱硫脱 碳工艺流 程及 参数简介 MD E A选择脱硫一 DE A脱硫脱碳工艺流程如 图 2所示 ， 高 压吸 收塔 分 为 MD E A和 D E A上、 下两 段 ， 操作压力 为 6 ． 5 MP a ， 原 料天然气从下段进入 MDE A吸收段进行选择性脱硫 ， 脱硫后天然气流 向 D E A吸收段进行进一步脱硫脱碳， 塔顶输出净化 气。MD E A富液以温度 6 1 ． 2℃从高压吸收塔 1段 底部流 出， 进入闪蒸罐 ， 闪蒸压力为 0 ． 5 MP a ， 再经 过贫富换热器温度达到 1 0 1℃进入 MD E A再生塔 ， 再生塔操作压力为 0 ． 2 MP a ， 从 MDE A再生塔顶部 出来的酸气去硫磺回收单元， 塔底贫液出口温度 1 3 4℃ ， 贫液 以 3 5 0 m3 - h _ 1 和 5 0 m3 h I 1 分 2股分 别进入吸收塔 1段和贫酸气吸收塔 ； 来 自DE A再生 塔的酸气在贫酸气吸收塔 内进行再次脱硫处理， 从 贫酸气吸收塔底 出来 的 MD E A溶液 和贫液汇合进 入吸收塔 1段。高压吸收塔 2段底 部富液去 Ⅸ 再生塔， D E A再生塔顶部出来的酸气进入贫酸气吸 收塔， 塔底出口D E A贫液温度 1 3 0℃， 贫液经过换 热以温度 4 0℃进入吸收塔 2 段。MD E A贫酸气吸 收塔顶部的气体 主要是 c c h 进入焚烧炉后排放。 2 ． 2 MDE A选择脱硫一 DE A脱硫脱碳 工艺流程模 拟计算结果 本文采用化工流程模拟软件 P R O lI 对该脱硫 装置进行模拟计算， 根据 H 2 s和 c c h在 MD E A吸 收段 吸收情况 ， 理论塔板数高于 7时， 就会加大 c c h 的共吸率， 而 H 2 s吸收反而有所下降， 故模拟时 MD E A段和 D E A段理论塔板数都取 5 ， 再生塔都取 1 0块塔板。在 P R Ol I 环境下模拟流程图见图 4 ， 得 到主要物流数据见表 4 。 表 4 MD E A选择脱硫一D E A脱硫脱碳工艺装置模拟主要物流参数 从表 4中可以看出， 经过该工艺模拟脱硫脱碳， 商品天然气中 H 2 S含量 6 mg m～， c c h含量 0 ． 0 2 ％， 完全满足我国天然气国家标准一类标准， 并 且使大部分 c c h单独 排放 ， 而 不进入 硫磺 回收单 元 ， 从而将大大提高硫磺 回收率， MD E A贫液气吸 收塔出口酸气和 MD E A富液闪蒸气直接进入燃烧 炉燃烧排放 。 ． 啊豳曝豳 丽醐翮 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 2 化工技术与开发 第 3 6卷 3 工艺装置操作要点及 改进建议 3 ． 1 设备腐蚀 在高含硫天然气处理装置中， 由于酸气含量和 操作压力都较普通装置高很多， 设备的腐蚀系数也 就相应高很多， 故对设备材质要有严格的要求， 必须 对设备材料中的 P ， S含量进行严格控制， 并按规定 进行抗硫化物应力开裂 s S C 试验和抗氢致 H I C 试验， 同时也要对焊接技术进行严格的要求， 所有焊 缝均应经焊接工艺评定 ， 包括对焊、 补焊、 管子与管 板焊接、 堆焊、 角焊等[ 5 ； 在防腐上可以采用不锈复 合钢板防腐、 热浸渗铝钢防腐以及防腐涂料防腐 3 种措施。 3 ． 2 装置节能措施 针对该装置设备负荷大， 耗能高的特点， 作者建 议装置的溶液循环泵可采用液力透平增压泵对高压 富液能量回收。同时为了增加 闪蒸罐的闪蒸效果 ， 从而减少再生塔负荷， 可采用先换热 目的在于提高 闪蒸温度 再闪蒸的工艺路线。 3 ． 3 防止 MD E A溶液带入 D E A溶液吸收段 在高压吸收塔中， 气体经过 MD E A吸收段会夹 带少量 MD E A溶液进入 D E A吸收段， 这将严重影 响脱硫装置的处理能力。为了防止 MD E A溶液进 入下一段， 必须在塔中两段之间安装效果很好的分 离装置， 这也是吸收塔的关键技术之一。 3 ． 4 设置合理可靠的安全系统 针对高含硫天然气处理装置危险等级高的情 况， 重点对装置设置联锁保护系统 ， 并对保护系统进 行优化设置。各工艺装置建立内在联系， 装置内部 和各装置间设置联锁保护系统因果关系 ， 确定联锁 保护系统的安全等级 。装置紧急停车的重要事故源 多重设置， 避免误动作 ， 联锁保护系统增加超越开关 和事故源的旁路， 设置联锁保护系统动作前的预报 警[ 5 I 。 4 结语 在我国相继发现高含硫气田的背景下， 作为从 事本方向的研究人员来说， 开发设计出合适的天然 气净化装置来适应不同气况下的净化要求， 是我国 目 前需要攻克的一个技术难关， 同时还需要在溶剂 配方， 溶液再生方式或参数设定调整等方面不断进 行技术改进， 以达到节约投资， 降低能耗， 提高装置 的适应能力和运行稳定的目的， 从而使我国在处理 高含硫天然气方面的技术达到一个更高的平台。 参考文献 [ 1 ] 朱光有 ， 张水昌， 李剑， 等． 中国高含硫化氢天然气的形 成及其分布[ J ] ． 石油勘探与开发， 2 0 0 4 ， 3 1 3 1 8 ． 2 1 ． [ 2 ] 马永生． 中国海相油气 田勘探实例之六四川盆地普光 大气田的发现与勘探[ J ] ． 海相油气地质， 2 0 0 6 ， 1 1 2 3 5 4 0． [ 3 ] 缪明富， 徐文渊， 王开岳， 等． 俄罗斯高酸性天然气净化 工艺技术评价 [ J ] ． 石油与天然气化工， 2 0 0 4 ， 3 3 4 2 6 1 ． 2 6 9 ． [ 4 ] 朱利凯． 天然气处理与加工 [ M] ． 北京 石油工业出版 社 ， 1 9 9 7 ． 1 4 2 ． 1 4 3 ． [ 5 ] 刘家洪， 康智 ， 等． 高含硫天然气净化厂设计特点[ J ] ． 天然气与石油， 2 0 0 6 ， 2 4 3 5 2 5 5 ． Pr o c e s s S c h e me s S e l e c t i o n a nd S i mu l a t i o n Ev a l u a t i o n o f Hi g h S o u r Na t u r a l Ga s De s u l ph u r i z a t i o n L ONGZ e n g - b i n g ，L Ufin ，WU 1 ． S o u t h we s t P e t r o l e u m Un i v e r s i t y ， C h e n g d u 6 1 0 5 0 0 ， C h i n a ； 2 ． S i c h u a n S h e n g ma C h e mi c a l C o mp a n y L i mi t e d ， D a y i n g 6 2 9 3 0 0， C h i n a Ab s t r a c t Dr e w o n t h e e x p e r i e n c e o f a d v a n c e d d e s u l p h u r i z a t i o n t e c h n o l o g i c a l p r o c e s s a b r o a d ，t wo d i f f e r e n t g a s d e s u l p h u r i z a t i o n p r o c e s s s c h e me s S NPA- DEA s o l u t i o n h i g h - p r e s s u r e a b s o r p t i o n p r o c e s s a n d MDE A s e l e c t i v e d esu l p h u r i z a t i o n - DEA d e s u l p h u r i z a t i o n ，a n d t h e d e car b u r i z i n g p r oce s s a c c o r d e d t o t h e s i t u a t i o n o f Pu g u an g g as f i e l d wi t h h i g h sou r an d h i g h coz n a t u r a l g a s we r e p u t f o r wa r d ．Af t e r con f i r med a l c o h o l a mi n e c i r c u l a t i o n an d t h e p ara me t e r s o f e a c h n o d e ，c h e mi c a l e n g i n e e r i n g s i mu l a t i o n sof t ware P RO 1 1 Was a d o p t ed t o s i mu l a t e t h e c a l c u l a t i o n o f t h e t wo d esu l p h u r i z a t i o n u n i t s r e s p e c t i v e l y ．Ac c o r d e d t o t h e a n a l y s e s o f t h e r esu l t s o f t h e s i mu l a t i o n c a l c u l a t i o n ，MDE A s e l e c t i v e d esu l p h u r i z a t i o n - DE A d esu l p h u r i z a t i o n ，d e c a r b u r i z i ng p r o c e s s Was c h o o s e as t h e n a t u r a l g as d esu l p h u r i z a t i o n u n i t f o r P u g u ang g as f i e l d ．S o me i mp r o v e me n t s u g g e s t i o n s for t h i s p r o c e s s u n i t w x e gi v e n o u t ． Ke y wo r d s h i g h sou r n a t u r a l g a s ； Pu g u a n g g as f i e l d ；d esu l p h u r i z a t i o n；s i mu l a t i o n；p r o c e s s s c h e me s ；e v a l u a t i o n 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m